連続鋳造用浸漬ノズル
【課題】ガス供給用耐火物の局所的な溶損進行を抑制でき、不活性ガスの吹込みを、周方向で均等かつ安定に行うことが可能な連続鋳造用浸漬ノズルを提供する。
【解決手段】ガス供給用耐火物で形成した溶鋼流入口１１に配置されたストッパー１２で、タンディッシュからの溶鋼の流量制御を行い、ガス供給用耐火物から溶鋼中へ不活性ガスを吹込みながら、溶鋼流路１３の溶鋼を吐出孔部１４からモールドへ注湯する連続鋳造用浸漬ノズル１０であり、ストッパー１２との当接位置Ｐよりも下方で、かつ吐出孔部１４の高さ位置での溶鋼流路の内径をＤとした場合、溶鋼流入口１１の上端位置Ｔ１より下方への距離Ｈが４０ｍｍ以上、（１．１×Ｄ＋７８）ｍｍ以下である範囲Ｒ内の稼動面１７の少なくとも一部が、ガス供給用耐火物で形成され、ストッパー１２との当接位置Ｐよりも下方で、範囲Ｒ内の稼動面１７の一部に、溶損防止用耐火物１８を配置した。
【解決手段】ガス供給用耐火物で形成した溶鋼流入口１１に配置されたストッパー１２で、タンディッシュからの溶鋼の流量制御を行い、ガス供給用耐火物から溶鋼中へ不活性ガスを吹込みながら、溶鋼流路１３の溶鋼を吐出孔部１４からモールドへ注湯する連続鋳造用浸漬ノズル１０であり、ストッパー１２との当接位置Ｐよりも下方で、かつ吐出孔部１４の高さ位置での溶鋼流路の内径をＤとした場合、溶鋼流入口１１の上端位置Ｔ１より下方への距離Ｈが４０ｍｍ以上、（１．１×Ｄ＋７８）ｍｍ以下である範囲Ｒ内の稼動面１７の少なくとも一部が、ガス供給用耐火物で形成され、ストッパー１２との当接位置Ｐよりも下方で、範囲Ｒ内の稼動面１７の一部に、溶損防止用耐火物１８を配置した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造機に設けられたタンディッシュからモールドへ溶鋼を注湯する連続鋳造用浸漬ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、タンディッシュ内の溶鋼をモールドへ注湯するノズルとして、連続鋳造用浸漬ノズル（以下、単に浸漬ノズルともいう）が使用されている。
この浸漬ノズルには、溶鋼流入口を不活性ガスの吹込みが可能なガス供給用耐火物で形成し、溶鋼流入口に配置されたストッパーで、タンディッシュから流入する溶鋼の流量制御を行うと共に、ガス供給用耐火物を介して溶鋼中へ不活性ガスを吹込むものがある。なお、モールドへ注湯する溶鋼の流量制御は、浸漬ノズルの溶鋼流入口に配置したストッパーを昇降させ、その隙間の大きさを調整することで行っている。
しかし、この隙間には、溶鋼中の介在物が付着し成長し易いため、溶鋼の流量制御が困難になる場合や、また隙間を完全に閉じることができず溶鋼が漏洩する場合があった。
【０００３】
この問題に対処するため、特許文献１には、浸漬ノズルとストッパーの当接部分の材料を、介在物の付着を防止でき、しかも熱衝撃及び磨耗に強い材料で構成することが記載されている。
また、特許文献２には、溶鋼接触面側（以下、稼動面側ともいう）と外周面側に緻密質耐火物層を配置し、この両緻密質耐火物層の間に通気性耐火物層を配置したノズルが開示され、この通気性耐火物層から不活性ガスを吹出させることで、ストッパーとの当接部分への介在物等の付着を防止している。
なお、特許文献３には、ストッパーとの当接部分への介在物等の付着を防止するものではないが、長手方向中央部の稼動面に段差部を設けた浸漬ノズルが開示され、この段差部で溶鋼の流速を速め、定常乱流状態で流路内を流下させて、稼動面への介在物の付着を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２５８３４２号公報
【特許文献２】特開２００６−６１９４３号公報
【特許文献３】特開平１１−３２００４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、溶鋼流入口をガス供給用耐火物で形成し、溶鋼流入口に配置されたストッパーで溶鋼の流量制御を行う浸漬ノズルを使用するに際しては、以下の現象が発生することが分かった。
１）溶鋼の流量制御を行うストッパーは、タンディッシュの上部からノズルの溶鋼流入口に配置され、その長さが長いため（例えば、１ｍ以上、特に２〜３ｍ程度）、ストッパーが昇降する際に、ストッパーの軸芯位置がノズルの軸芯位置から必ず偏芯して、浸漬ノズルの当接部分の周方向で開度に偏りが生じる。
２）ストッパーが偏芯することにより、浸漬ノズル内へ流込む溶鋼の流れが偏流する。
３）溶鋼流の偏流により、浸漬ノズルの周方向で溶鋼の流速が異なり、流速が速い溶鋼が浸漬ノズルの稼動面に衝突することで、局所的にガス供給用耐火物が溶損する。ここで、溶損とは、溶鋼流による磨耗を含めるものとして定義する（以下、同様）。
４）ガス供給用耐火物が溶損した箇所から、選択的に不活性ガスが吹出る。なお、ガス供給用耐火物内に、不活性ガスを供給するための空間部（ヘッダー）を形成する場合、ガス供給用耐火物が著しく溶損して、その残厚が薄くなれば、不活性ガスの吹込み圧によりガス供給用耐火物が破壊される。
５）不活性ガスの吹込みを、浸漬ノズルの周方向で、均等かつ安定に行うことができない。
【０００６】
上記した現象に基づき、前記従来のノズルの問題点について説明する。
まず、特許文献１に記載の浸漬ノズルは、流入口から流入してくる溶鋼中に、不活性ガスを吹込む構成とはなっていない。このため、溶鋼中に不活性ガスを吹込み、この不活性ガスを溶鋼中の介在物に付着させることで、介在物を浮上させて除去するという方法の作用効果を得ることができない。
特許文献２に記載のノズルは、ストッパーとノズルの当接部付近の領域全体から、集中的、かつ均等に、更には安定的に、不活性ガスを供給できるが、溶鋼流入口全体を通気性耐火物で構成した場合と比較して、不活性ガスの供給量が大幅に低下する。このため、不活性ガスによる介在物の浮上除去効果が損なわれる。
【０００７】
また、前記したように、溶鋼の流量制御を行うストッパーは偏芯して、ストッパーとノズルの間の隙間の大きさがノズルの周方向でばらつき、ノズルへ供給される溶鋼流が偏流する。
従って、特許文献２のノズルでは、通気性耐火物が局所的に溶損するため、微細な気泡の不活性ガスの吹込みができなくなり、やはり不活性ガスによる介在物の浮上除去効果が損なわれる。
更に、特許文献２のノズルは、偏流を解消（ノズル断面における流速分布の均一化）する対策もとられていない。
【０００８】
なお、特許文献３に開示の浸漬ノズルは、長手方向中央部の稼動面に段差部が設けられているため、稼動面への介在物の付着防止には効果があるが、耐火物の溶損抑制には効果がない。
また、特許文献３の浸漬ノズルは、長手方向中央部の稼動面に段差部を設けていることからも分かるように、稼動面に対して平行にあたる（稼動面に沿う）溶鋼流の偏流を防止して、溶鋼の流速を均一化させるものである。
【０００９】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、ガス供給用耐火物の局所的な溶損進行を抑制でき、不活性ガスの吹込みを、周方向で均等かつ安定に行うことが可能な連続鋳造用浸漬ノズルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的に沿う本発明に係る連続鋳造用浸漬ノズルは、溶鋼流入口を不活性ガスの吹込みが可能なガス供給用耐火物で形成し、前記溶鋼流入口に配置されたストッパーで、タンディッシュから流入する溶鋼の流量制御を行うと共に、前記ガス供給用耐火物を介して溶鋼中へ前記不活性ガスを吹込みながら、溶鋼流路を流れる溶鋼を吐出孔部を介してモールドへ注湯する連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、
前記ストッパーとの当接位置よりも下方で、かつ前記吐出孔部の高さ位置での前記溶鋼流路の内径をＤとした場合に、前記溶鋼流入口の上端位置より下方への距離が４０ｍｍ以上、（１．１×Ｄ＋７８）ｍｍ以下である範囲Ｒ内の稼動面の少なくとも一部が、前記ガス供給用耐火物で形成され、
しかも前記ストッパーとの当接位置よりも下方で、かつ前記範囲Ｒ内の稼動面の一部に、溶損防止用耐火物を配置した。
【００１１】
本発明に係る連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、前記溶損防止用耐火物は、厚みが３ｍｍ以上１５ｍｍ以下で、炭素含有量が０又は０を超え３５質量％以下であることが好ましい。
本発明に係る連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、前記溶損防止用耐火物はリング状であることが好ましい。
本発明に係る連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、前記不活性ガスを前記ガス供給用耐火物へ供給するための空間部を、前記範囲Ｒ内の前記ガス供給用耐火物内で、しかも該ガス供給用耐火物の稼動面から水平方向に５ｍｍ以上離れた位置に設けてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、ガス供給用耐火物で構成された稼動面に溶損防止用耐火物が配置される場合は、溶損防止用耐火物により溶鋼流がガス供給用耐火物の稼動面を流れることを防止でき、また溶損防止用耐火物がガス供給用耐火物の高さ位置よりも上方又は下方に配置される場合は、溶損防止用耐火物による溶鋼流の整流化効果（即ち、稼動面に対して垂直方向にあたる（稼動面に衝突する）溶鋼流の偏流を防止する効果）が得られる。
従って、溶鋼流の偏流によるガス供給用耐火物の局所的な溶損進行を抑制でき、不活性ガスの吹込みを、連続鋳造用浸漬ノズルの周方向で均等かつ安定に行うことが可能となるため、良好な品質の製品を製造できる。
【００１３】
また、溶損防止用耐火物が、厚み３ｍｍ以上１５ｍｍ以下で、炭素含有量０又は０を超え３５質量％以下である場合は、使用時に破損しない程度の十分な強度を備えることができ、良好な品質の製品を安定に製造できる。
そして、溶損防止用耐火物がリング状である場合は、溶損防止用耐火物の構成を簡単にでき、溶鋼流路への取付けも容易である。
更に、不活性ガスをガス供給用耐火物へ供給するための空間部を、ガス供給用耐火物内で、このガス供給用耐火物の稼動面から水平方向に５ｍｍ以上離れた位置に設ける場合、不活性ガスを空間部へ供給するに際し、空間部の内圧が上昇しても、空間部を形成するガス供給用耐火物の破損を招くことなく、不活性ガスの吹込みを、連続鋳造用浸漬ノズルの周方向で均等かつ安定に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用浸漬ノズルの部分正断面図である。
【図２】（Ａ）は連続鋳造用浸漬ノズル内の溶鋼の流速測定箇所の説明図、（Ｂ）は溶鋼の流速測定結果の説明図である。
【図３】溶損防止用耐火物の厚みが溶鋼流路を流れる溶鋼の流速に及ぼす影響を示した説明図である。
【図４】（Ａ）は溶損防止用耐火物の取付け位置の説明図、（Ｂ）は溶損防止用耐火物の取付け位置が溶鋼流路を流れる溶鋼の流速に及ぼす影響を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用浸漬ノズル（以下、単に浸漬ノズル又はノズルともいう）１０は、ガス供給用耐火物で形成した溶鋼流入口１１に配置されたストッパー１２で、タンディッシュ（図示しない）から流入する溶鋼の流量制御を行うと共に、ガス供給用耐火物を介して溶鋼中へ不活性ガスを吹込みながら、溶鋼流路１３を流れる溶鋼を吐出孔部１４の吐出孔１５、１６を介してモールド（図示しない）へ注湯するノズルである。なお、この浸漬ノズル１０は、その全長が、例えば、５０〜１７０ｃｍ程度で、その上部に上ノズルと下ノズルの双方、又は上ノズルを有し、これらが分割されることなく一体的に設けられた（一体型となった）ノズルであり、溶鋼の流量制御（溶鋼の供給と停止も含む）を、スライディングノズルではなくストッパー１２で行うものである。以下、詳しく説明する。
【００１６】
浸漬ノズル１０は、その上端部に、不活性ガスの吹込みが可能な従来公知のガス供給用耐火物で形成された溶鋼流入口１１が設けられ、他の部分は、不活性ガスの吹込みができない従来公知の耐火物で構成されている。
ここで、ガス供給用耐火物は、例えば、Ａｌ２Ｏ３：６７質量％、炭素：２８質量％、で構成され、かさ比重：２．４９、見掛け気孔率：１８．９％、曲げ強さ：８．８ＭＰａ（室温）、６．２ＭＰａ（１４００℃）である材料を使用できる。また、他の部分の耐火物には、例えば、Ａｌ２Ｏ３質、Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ質、ＭｇＯ−Ｃ質等の材料を使用できる。
なお、ガス供給用耐火物に吹込む不活性ガスには、例えば、アルゴンガスや窒素ガスを使用できる。
【００１７】
このガス供給用耐火物は、浸漬ノズル１０（溶鋼流入口１１）の上端位置Ｔ１から、ストッパー１２との当接位置Ｐよりも下方にある範囲Ｒ内の途中高さ位置までの稼動面（溶鋼と接触する面）１７を、連続的に形成している。ここで、範囲Ｒは、浸漬ノズル１０の上端位置Ｔ１より下方へ４０ｍｍの位置から、上端位置Ｔ１より下方へ（１．１×Ｄ＋７８）ｍｍの位置までの範囲を意味する。即ち、浸漬ノズル１０の上端位置Ｔ１から下方への距離Ｈが、４０ｍｍ以上で（１．１×Ｄ＋７８）ｍｍ以下である範囲である。つまり図１では、この範囲Ｒ内の一部（下部を除く部分）が、ガス供給用耐火物で形成されている。
なお、ガス供給用耐火物は、浸漬ノズル１０の上端位置Ｔ１から、範囲Ｒの最下端位置（距離Ｈの上限値）までの稼動面を、連続的に形成してもよい。この場合、範囲Ｒ内の全部が、ガス供給用耐火物で形成されることになる。
また、ガス供給用耐火物は、浸漬ノズルの上端位置から、上記した範囲Ｒの最下端位置を超える下方位置までの稼動面を、連続的に形成してもよく、また上記した範囲Ｒ内の稼動面の一部を部分的に、他の部分とは不連続に、独立して形成してもよい。
【００１８】
ここで、上記したＤは、吐出孔部１４の高さ位置（例えば、吐出孔１５、１６の上端位置Ｔ２から、上端位置Ｔ２より上方へ１００ｍｍまでの範囲ｒ内）での溶鋼流路１３の内径を意味する。この吐出孔部１４は、浸漬ノズル１０の下端部に設けられ、吐出孔１５、１６の高さ方向中央位置は、例えば、浸漬ノズル１０の下端位置から、この下端位置より上方へ１５０ｍｍまでの範囲にある。
このように、ガス供給用耐火物の配置位置の規定に、吐出孔部１４での溶鋼流路１３の内径Ｄを用いたのは、ストッパー１２の当接部分を側断面視すると曲線となっており、その当接部分での溶鋼流路１３の内径の測定が困難だからである。なお、ストッパー１２の偏芯により、ストッパー１２の溶鋼流入口１１に対する当接位置が変化すると、ストッパー１２と浸漬ノズル１０の間を通って浸漬ノズル１０内の稼動面１７に衝突する溶鋼流の流入角度も変化する。
一方、吐出孔部１４での溶鋼流路１３の内径Ｄは、溶鋼の鋳造速度の決定に重要な部分であり、溶鋼流路１３の内幅は、溶鋼流入口１１から吐出孔部１４へかけて徐々に縮幅（テーパ状）し、内径Ｄと当接部分の内径とが１対１（例えば、比例関係）に対応している。
以上のことから、吐出孔部１４の高さ位置での溶鋼流路１３の内径Ｄを用いた。
【００１９】
前記したように、ガス供給用耐火物で形成する稼動面１７の位置を、範囲Ｒで規定したのは、溶鋼流の偏流により、ガス供給用耐火物に溶損が発生し易い部位だからである。以下、範囲Ｒの上下限値の規定理由について、流動解析を行った結果を参照しながら説明する。なお、流動解析には、米ＡＮＳＹＳ社製の「ＦＬＵＥＮＴ（登録商標）Ｖｅｒｓｉｏｎ６．３」を用いた（以下、同様）。
ガス供給用耐火物は、溶鋼の流速が大きく変化すると、溶損の危険性がある。そこで、図２（Ａ）に示すように、浸漬ノズルの上端位置からその下方へ２５０ｍｍまでの範囲内の各高さ位置におけるノズル内壁面の溶鋼流の最大流速をＶｍａｘとし、上端位置から下方へ２５０ｍｍの高さ位置における溶鋼流の最大流速をＶ２５０として、このＶｍａｘとＶ２５０との差（＝Ｖｍａｘ−Ｖ２５０）を求めた。なお、図２（Ａ）中では、Ｖｍａｘの溶鋼の流れは下向きとなっているが、溶鋼流は偏流してノズル内壁面に衝突するため、下向きとは限らない。
【００２０】
ここで、吐出孔部での溶鋼流路の内径Ｄを６０ｍｍ以上１１０ｍｍ以下の範囲内で変更し、浸漬ノズル上端からの距離Ｈを０を超え２４０ｍｍ未満の範囲内で変更して、この各距離Ｈでの溶鋼流速を前記したＶｍａｘとし、ＶｍａｘとＶ２５０との差を求めた結果を図２（Ｂ）に示す。なお、図２（Ｂ）では、浸漬ノズル内を流れる溶鋼量（即ち、スループット）を２トン／分とした条件下において、溶鋼流速の差を、ガス供給用耐火物に溶損の危険性がある０．３ｍ／秒以上（●）と、溶損の危険性がない０．３ｍ／秒未満（○）とに分けて図示している。
図２（Ｂ）から、ガス供給用耐火物に溶損の危険性があるのは、前記した範囲Ｒ内の稼動面においてであることが分かる。なお、距離Ｈが４０ｍｍ未満であれば、ガス供給用耐火物による不活性ガスの吹込み面積が減少し、不活性ガスによる介在物の浮上除去効果が低減する問題もある。
【００２１】
そこで、図１に示すように、ストッパー１２との当接位置よりも下方で、かつ範囲Ｒ内の稼動面の一部に、溶損防止用耐火物１８を配置した。
この溶損防止用耐火物は、稼動面に概ね平行に流れる溶鋼に対する耐溶損性を考慮して、炭素含有量が０又は０を超え３５質量％以下の材料（他の成分は、例えば、アルミナ等）で構成されている。なお、耐溶損性を備えれば、他の材料で構成してもよい。
また、溶損防止用耐火物は、リング状に形成されている。このため、下方へ向けて徐々に縮幅する溶鋼流路１３への取付けが容易である。なお、溶損防止用耐火物の取付けに際しては、接着剤等を用いてもよい。
このリング状に形成された溶損防止用耐火物の内幅は、上端位置から下端位置まで同じ内幅にしているが、上部内側を、機械加工する又は予め形成しないことで、上端位置から下方へ向けて狭くしてもよい（テーパ状）。これにより、ガス供給用耐火物の稼動面１７から溶損防止用耐火物への溶鋼流の流れをスムーズにできる。
【００２２】
溶損防止用耐火物は、その厚みを３ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲内とするのが好ましい。
以下、溶損防止用耐火物の厚みの上下限値の規定理由について、流動解析を行った結果を参照しながら説明する。
図３に、溶損防止用耐火物の厚みが、ノズル内壁面を流れる溶鋼流の最大流速に及ぼす影響を示した結果を示す。なお、図中の最大流速指数とは、各条件下で、ノズル上端より４０〜１５５ｍｍの範囲内の溶鋼流の最大流速を求め、これを、溶鋼流路の内径Ｄが７０ｍｍの溶損防止用耐火物を用いない浸漬ノズルを使用した際の上記した範囲内の溶鋼流の最大流速で除した値である（以下、同様）。この流動解析で使用した溶損防止用耐火物は、高さを４５ｍｍとし、その取付け位置を、溶損防止用耐火物の上端が浸漬ノズルの上端位置Ｔ１から下方へ５５ｍｍ（上記した範囲Ｒ内）の位置とした。また、流動解析は、スループットを２トン／分とし、溶鋼流路の内径Ｄが７０ｍｍ（◆）、９０ｍｍ（■）、１１０ｍｍ（▲）の各浸漬ノズルについて行った。
【００２３】
図３から明らかなように、いずれの内径Ｄの浸漬ノズルにおいても、溶損防止用耐火物の厚みを３ｍｍ以上とすることで、溶損防止用耐火物を用いない場合と比較して、最大流速指数を大幅に低減できることが分かった。
なお、この効果は、溶損防止用耐火物の厚みが７ｍｍ以上で略横ばいとなるが、１５ｍｍを超えると、溶鋼流路の内幅が狭くなり過ぎ、形成される段差によって溶鋼流の淀みが発生し、ノズル詰まりの発生原因となる。
以上のことから、溶損防止用耐火物の厚みを、３ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲内とするのが好ましいが、下限を５ｍｍ、更には７ｍｍとするのが好ましく、上限を１３ｍｍとするのが更に好ましい。
【００２４】
次に、溶鋼流路１３への溶損防止用耐火物１８の取付け位置について、流動解析を行った結果を参照しながら説明する。
図４（Ａ）に示すように、ここでは、１０ｍｍ以上６０ｍｍ以下の異なる高さのリング状の溶損防止用耐火物をそれぞれ、（ａ）浸漬ノズルの上端位置Ｔ１から下方へ４０ｍｍの位置に、溶損防止用耐火物の上端を配置した場合と、（ｂ）浸漬ノズルの上端位置Ｔ１から下方へ１５５ｍｍの位置に溶損防止用耐火物の下端を配置した場合について検討した。
この溶損防止用耐火物の高さが、ノズル内壁面を流れる溶鋼流の最大流速に及ぼす影響を示した結果を、図４（Ｂ）に示す。なお、この流動解析では、溶鋼流路の内径Ｄを７０ｍｍ、溶損防止用耐火物の厚みを７ｍｍとし、スループットを２トン／分とした。
【００２５】
図４（Ｂ）から、上記した条件（ａ）、（ｂ）のいずれについても、溶損防止用耐火物の高さが少なくとも１０ｍｍ以上あれば、溶鋼流の最大流速指数を低減でき、ガス供給用耐火物の溶損を抑制できることが分かった。なお、溶損防止用耐火物の高さが６０ｍｍを超える範囲については、高さ６０ｍｍと同程度で略横ばいであったため、図示していない。
ここで、溶損防止用耐火物は、その高さが１０ｍｍ未満であっても、使用時に破損しない程度の強度を備えていれば、使用することは可能である。
以上のことから、溶損防止用耐火物１８には、溶鋼流がガス供給用耐火物の稼動面を流れることを防止する効果と、溶鋼流を整流化する効果があるため、ガス供給用耐火物の稼動面に、溶損防止用耐火物１８が必ず配置される必要はない。このため、溶損防止用耐火物は、上記した範囲Ｒ内に配置されれば、ガス供給用耐火物の稼動面に配置されてもよく、また溶損防止用耐火物がガス供給用耐火物の稼動面の上方又は下方に配置されてもよい。
【００２６】
なお、図１の二点鎖線で示すように、範囲Ｒ内に配置されるガス供給用耐火物内には、不活性ガスをガス供給用耐火物へ供給するための空間部１９を、溶鋼流路１３を囲むように設けてもよい。
このとき、空間部１９は、ガス供給用耐火物の稼動面１７から水平方向にＸｍｍ、ここでは、５ｍｍ以上離れた位置に設けるのが好ましい。これは、空間部を、ガス供給用耐火物の稼動面から水平方向に５ｍｍ未満の位置に設けた場合、空間部より稼動面側にあるガス供給用耐火物が、空間部に吹込まれる不活性ガスの圧力（例えば、０．１〜０．５ＭＰａ程度）に耐えられず、ガス供給用耐火物が損傷する恐れがあることによる。
【００２７】
次に、本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用浸漬ノズル１０を使用した連続鋳造方法について説明する。
リング状の溶損防止用耐火物１８が取付けられた浸漬ノズル１０を、連続鋳造機に設置する。そして、溶鋼流入口１１に配置されたストッパー１２で、タンディッシュから流入する溶鋼の流量制御を行うと共に、ガス供給用耐火物を介して溶鋼中へ不活性ガスを吹込みながら、溶鋼流路１３を流れる溶鋼を吐出孔部１４の吐出孔１５、１６を介してモールドへ注湯する。
このように、溶鋼の流量制御をストッパー１２で行う場合、ストッパー１２の位置の偏りにより、溶鋼流入口１１へ流込む溶鋼流に偏流が発生する。しかし、溶損防止用耐火物１８により溶鋼流がガス供給用耐火物で形成された稼動面１７を流れることを防止でき、また溶損防止用耐火物１８による溶鋼流の整流化効果が得られるため、ガス供給用耐火物の局所的な溶損進行を抑制でき、不活性ガスの吹込みを、浸漬ノズル１０の周方向で均等かつ安定に行うことができる。
【実施例】
【００２８】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
ここでは、リング状の溶損防止用耐火物の溶鋼流路への取付け位置を種々変更した浸漬ノズルを使用し、実際に、溶鋼の連続鋳造を行って、溶損防止用耐火物が製品品質に及ぼす影響について検討した。
なお、ガス供給用耐火物は、浸漬ノズルの上端位置Ｔ１から、ストッパーとの当接位置Ｐよりも下方で、かつ浸漬ノズルの上端位置Ｔ１より下方への距離Ｈが１００ｍｍまで（範囲Ｒ内）の稼動面を形成している。この浸漬ノズルの吐出孔部の高さ位置での溶鋼流路の内径Ｄは７０ｍｍである。
また、実施例１〜３、比較例１〜４については、厚みを種々変更したリング状の溶損防止用耐火物（高さ：４０ｍｍ）を使用し、比較例５は、溶損防止用耐火物を使用しなかった。
この試験条件及び結果を、表１に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】
この表１に示す表面疵発生指数は、製造した製品品質を決定するものである。即ち、浸漬ノズルの周方向で、アルゴンガスの吹込みを均等かつ安定に行うことができれば、浸漬ノズルを流れる溶鋼中から介在物を浮上除去でき、表面疵発生指数が０となる。一方、浸漬ノズルの周方向で、アルゴンガスの吹込みが不均一になれば、浸漬ノズルを流れる溶鋼中から介在物を浮上除去できずに、表面疵発生指数が０を超えることになる。
なお、表面疵発生指数は、以下の方法で算出した。
実施例１〜３、比較例１〜５の条件で鋳造したスラブを熱間圧延して薄板ストリップとした後に、酸洗工程に通板した。次に、酸洗工程で酸洗処理後の薄板ストリップ表面を観察し、表面疵が確認された場合、この該当部位を不合格品として切り捨てた。
そして、酸洗工程の通板重量を分母とし、切り捨てた不合格品の重量を分子として、通板重量と不合格品の重量の比を求め、比較例５の比を１として、各実施例と各比較例の比を表面疵発生指数に比例換算した。
【００３１】
表１に示す実施例１〜３から、リング状の溶損防止用耐火物の配置位置を、前記した範囲Ｒ内（４０ｍｍ以上１５５（＝１．１×７０＋７８）ｍｍ以下）の範囲とすることで、いずれも表面疵発生指数が０となり、品質が良好な製品を製造できることを確認できた（判定：○）。
一方、比較例１〜４に示すように、リング状の溶損防止用耐火物の配置位置を、前記した範囲Ｒ外の範囲とすることで、製品品質が悪くなる結果が得られた（判定：×）。特に、リング状の溶損防止用耐火物の厚みを、最も好ましい範囲の下限値未満（３ｍｍ未満）とする（比較例４）ことで、表面疵発生指数が他の比較例１〜３よりも大きく、製品品質が更に悪化する結果が得られた。
以上のことから、本願発明の連続鋳造用浸漬ノズルを使用することで、ガス供給用耐火物の局所的な溶損進行を抑制でき、不活性ガスの吹込みを、周方向で均等かつ安定に行うことができることを確認できた。
【００３２】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の連続鋳造用浸漬ノズルを構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、上端部の溶鋼流入口全体がガス供給用耐火物で形成された浸漬ノズルについて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、溶鋼流入口の稼動面側のみをガス供給用耐火物で構成した場合についても、本願発明は適用できる。
更に、浸漬ノズルの形状についても、前記実施の形態の形状に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３３】
１０：連続鋳造用浸漬ノズル、１１：溶鋼流入口、１２：ストッパー、１３：溶鋼流路、１４：吐出孔部、１５、１６：吐出孔、１７：稼動面、１８：溶損防止用耐火物、１９：空間部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造機に設けられたタンディッシュからモールドへ溶鋼を注湯する連続鋳造用浸漬ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、タンディッシュ内の溶鋼をモールドへ注湯するノズルとして、連続鋳造用浸漬ノズル（以下、単に浸漬ノズルともいう）が使用されている。
この浸漬ノズルには、溶鋼流入口を不活性ガスの吹込みが可能なガス供給用耐火物で形成し、溶鋼流入口に配置されたストッパーで、タンディッシュから流入する溶鋼の流量制御を行うと共に、ガス供給用耐火物を介して溶鋼中へ不活性ガスを吹込むものがある。なお、モールドへ注湯する溶鋼の流量制御は、浸漬ノズルの溶鋼流入口に配置したストッパーを昇降させ、その隙間の大きさを調整することで行っている。
しかし、この隙間には、溶鋼中の介在物が付着し成長し易いため、溶鋼の流量制御が困難になる場合や、また隙間を完全に閉じることができず溶鋼が漏洩する場合があった。
【０００３】
この問題に対処するため、特許文献１には、浸漬ノズルとストッパーの当接部分の材料を、介在物の付着を防止でき、しかも熱衝撃及び磨耗に強い材料で構成することが記載されている。
また、特許文献２には、溶鋼接触面側（以下、稼動面側ともいう）と外周面側に緻密質耐火物層を配置し、この両緻密質耐火物層の間に通気性耐火物層を配置したノズルが開示され、この通気性耐火物層から不活性ガスを吹出させることで、ストッパーとの当接部分への介在物等の付着を防止している。
なお、特許文献３には、ストッパーとの当接部分への介在物等の付着を防止するものではないが、長手方向中央部の稼動面に段差部を設けた浸漬ノズルが開示され、この段差部で溶鋼の流速を速め、定常乱流状態で流路内を流下させて、稼動面への介在物の付着を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２５８３４２号公報
【特許文献２】特開２００６−６１９４３号公報
【特許文献３】特開平１１−３２００４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、溶鋼流入口をガス供給用耐火物で形成し、溶鋼流入口に配置されたストッパーで溶鋼の流量制御を行う浸漬ノズルを使用するに際しては、以下の現象が発生することが分かった。
１）溶鋼の流量制御を行うストッパーは、タンディッシュの上部からノズルの溶鋼流入口に配置され、その長さが長いため（例えば、１ｍ以上、特に２〜３ｍ程度）、ストッパーが昇降する際に、ストッパーの軸芯位置がノズルの軸芯位置から必ず偏芯して、浸漬ノズルの当接部分の周方向で開度に偏りが生じる。
２）ストッパーが偏芯することにより、浸漬ノズル内へ流込む溶鋼の流れが偏流する。
３）溶鋼流の偏流により、浸漬ノズルの周方向で溶鋼の流速が異なり、流速が速い溶鋼が浸漬ノズルの稼動面に衝突することで、局所的にガス供給用耐火物が溶損する。ここで、溶損とは、溶鋼流による磨耗を含めるものとして定義する（以下、同様）。
４）ガス供給用耐火物が溶損した箇所から、選択的に不活性ガスが吹出る。なお、ガス供給用耐火物内に、不活性ガスを供給するための空間部（ヘッダー）を形成する場合、ガス供給用耐火物が著しく溶損して、その残厚が薄くなれば、不活性ガスの吹込み圧によりガス供給用耐火物が破壊される。
５）不活性ガスの吹込みを、浸漬ノズルの周方向で、均等かつ安定に行うことができない。
【０００６】
上記した現象に基づき、前記従来のノズルの問題点について説明する。
まず、特許文献１に記載の浸漬ノズルは、流入口から流入してくる溶鋼中に、不活性ガスを吹込む構成とはなっていない。このため、溶鋼中に不活性ガスを吹込み、この不活性ガスを溶鋼中の介在物に付着させることで、介在物を浮上させて除去するという方法の作用効果を得ることができない。
特許文献２に記載のノズルは、ストッパーとノズルの当接部付近の領域全体から、集中的、かつ均等に、更には安定的に、不活性ガスを供給できるが、溶鋼流入口全体を通気性耐火物で構成した場合と比較して、不活性ガスの供給量が大幅に低下する。このため、不活性ガスによる介在物の浮上除去効果が損なわれる。
【０００７】
また、前記したように、溶鋼の流量制御を行うストッパーは偏芯して、ストッパーとノズルの間の隙間の大きさがノズルの周方向でばらつき、ノズルへ供給される溶鋼流が偏流する。
従って、特許文献２のノズルでは、通気性耐火物が局所的に溶損するため、微細な気泡の不活性ガスの吹込みができなくなり、やはり不活性ガスによる介在物の浮上除去効果が損なわれる。
更に、特許文献２のノズルは、偏流を解消（ノズル断面における流速分布の均一化）する対策もとられていない。
【０００８】
なお、特許文献３に開示の浸漬ノズルは、長手方向中央部の稼動面に段差部が設けられているため、稼動面への介在物の付着防止には効果があるが、耐火物の溶損抑制には効果がない。
また、特許文献３の浸漬ノズルは、長手方向中央部の稼動面に段差部を設けていることからも分かるように、稼動面に対して平行にあたる（稼動面に沿う）溶鋼流の偏流を防止して、溶鋼の流速を均一化させるものである。
【０００９】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、ガス供給用耐火物の局所的な溶損進行を抑制でき、不活性ガスの吹込みを、周方向で均等かつ安定に行うことが可能な連続鋳造用浸漬ノズルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的に沿う本発明に係る連続鋳造用浸漬ノズルは、溶鋼流入口を不活性ガスの吹込みが可能なガス供給用耐火物で形成し、前記溶鋼流入口に配置されたストッパーで、タンディッシュから流入する溶鋼の流量制御を行うと共に、前記ガス供給用耐火物を介して溶鋼中へ前記不活性ガスを吹込みながら、溶鋼流路を流れる溶鋼を吐出孔部を介してモールドへ注湯する連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、
前記ストッパーとの当接位置よりも下方で、かつ前記吐出孔部の高さ位置での前記溶鋼流路の内径をＤとした場合に、前記溶鋼流入口の上端位置より下方への距離が４０ｍｍ以上、（１．１×Ｄ＋７８）ｍｍ以下である範囲Ｒ内の稼動面の少なくとも一部が、前記ガス供給用耐火物で形成され、
しかも前記ストッパーとの当接位置よりも下方で、かつ前記範囲Ｒ内の稼動面の一部に、溶損防止用耐火物を配置した。
【００１１】
本発明に係る連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、前記溶損防止用耐火物は、厚みが３ｍｍ以上１５ｍｍ以下で、炭素含有量が０又は０を超え３５質量％以下であることが好ましい。
本発明に係る連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、前記溶損防止用耐火物はリング状であることが好ましい。
本発明に係る連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、前記不活性ガスを前記ガス供給用耐火物へ供給するための空間部を、前記範囲Ｒ内の前記ガス供給用耐火物内で、しかも該ガス供給用耐火物の稼動面から水平方向に５ｍｍ以上離れた位置に設けてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、ガス供給用耐火物で構成された稼動面に溶損防止用耐火物が配置される場合は、溶損防止用耐火物により溶鋼流がガス供給用耐火物の稼動面を流れることを防止でき、また溶損防止用耐火物がガス供給用耐火物の高さ位置よりも上方又は下方に配置される場合は、溶損防止用耐火物による溶鋼流の整流化効果（即ち、稼動面に対して垂直方向にあたる（稼動面に衝突する）溶鋼流の偏流を防止する効果）が得られる。
従って、溶鋼流の偏流によるガス供給用耐火物の局所的な溶損進行を抑制でき、不活性ガスの吹込みを、連続鋳造用浸漬ノズルの周方向で均等かつ安定に行うことが可能となるため、良好な品質の製品を製造できる。
【００１３】
また、溶損防止用耐火物が、厚み３ｍｍ以上１５ｍｍ以下で、炭素含有量０又は０を超え３５質量％以下である場合は、使用時に破損しない程度の十分な強度を備えることができ、良好な品質の製品を安定に製造できる。
そして、溶損防止用耐火物がリング状である場合は、溶損防止用耐火物の構成を簡単にでき、溶鋼流路への取付けも容易である。
更に、不活性ガスをガス供給用耐火物へ供給するための空間部を、ガス供給用耐火物内で、このガス供給用耐火物の稼動面から水平方向に５ｍｍ以上離れた位置に設ける場合、不活性ガスを空間部へ供給するに際し、空間部の内圧が上昇しても、空間部を形成するガス供給用耐火物の破損を招くことなく、不活性ガスの吹込みを、連続鋳造用浸漬ノズルの周方向で均等かつ安定に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用浸漬ノズルの部分正断面図である。
【図２】（Ａ）は連続鋳造用浸漬ノズル内の溶鋼の流速測定箇所の説明図、（Ｂ）は溶鋼の流速測定結果の説明図である。
【図３】溶損防止用耐火物の厚みが溶鋼流路を流れる溶鋼の流速に及ぼす影響を示した説明図である。
【図４】（Ａ）は溶損防止用耐火物の取付け位置の説明図、（Ｂ）は溶損防止用耐火物の取付け位置が溶鋼流路を流れる溶鋼の流速に及ぼす影響を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用浸漬ノズル（以下、単に浸漬ノズル又はノズルともいう）１０は、ガス供給用耐火物で形成した溶鋼流入口１１に配置されたストッパー１２で、タンディッシュ（図示しない）から流入する溶鋼の流量制御を行うと共に、ガス供給用耐火物を介して溶鋼中へ不活性ガスを吹込みながら、溶鋼流路１３を流れる溶鋼を吐出孔部１４の吐出孔１５、１６を介してモールド（図示しない）へ注湯するノズルである。なお、この浸漬ノズル１０は、その全長が、例えば、５０〜１７０ｃｍ程度で、その上部に上ノズルと下ノズルの双方、又は上ノズルを有し、これらが分割されることなく一体的に設けられた（一体型となった）ノズルであり、溶鋼の流量制御（溶鋼の供給と停止も含む）を、スライディングノズルではなくストッパー１２で行うものである。以下、詳しく説明する。
【００１６】
浸漬ノズル１０は、その上端部に、不活性ガスの吹込みが可能な従来公知のガス供給用耐火物で形成された溶鋼流入口１１が設けられ、他の部分は、不活性ガスの吹込みができない従来公知の耐火物で構成されている。
ここで、ガス供給用耐火物は、例えば、Ａｌ２Ｏ３：６７質量％、炭素：２８質量％、で構成され、かさ比重：２．４９、見掛け気孔率：１８．９％、曲げ強さ：８．８ＭＰａ（室温）、６．２ＭＰａ（１４００℃）である材料を使用できる。また、他の部分の耐火物には、例えば、Ａｌ２Ｏ３質、Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ質、ＭｇＯ−Ｃ質等の材料を使用できる。
なお、ガス供給用耐火物に吹込む不活性ガスには、例えば、アルゴンガスや窒素ガスを使用できる。
【００１７】
このガス供給用耐火物は、浸漬ノズル１０（溶鋼流入口１１）の上端位置Ｔ１から、ストッパー１２との当接位置Ｐよりも下方にある範囲Ｒ内の途中高さ位置までの稼動面（溶鋼と接触する面）１７を、連続的に形成している。ここで、範囲Ｒは、浸漬ノズル１０の上端位置Ｔ１より下方へ４０ｍｍの位置から、上端位置Ｔ１より下方へ（１．１×Ｄ＋７８）ｍｍの位置までの範囲を意味する。即ち、浸漬ノズル１０の上端位置Ｔ１から下方への距離Ｈが、４０ｍｍ以上で（１．１×Ｄ＋７８）ｍｍ以下である範囲である。つまり図１では、この範囲Ｒ内の一部（下部を除く部分）が、ガス供給用耐火物で形成されている。
なお、ガス供給用耐火物は、浸漬ノズル１０の上端位置Ｔ１から、範囲Ｒの最下端位置（距離Ｈの上限値）までの稼動面を、連続的に形成してもよい。この場合、範囲Ｒ内の全部が、ガス供給用耐火物で形成されることになる。
また、ガス供給用耐火物は、浸漬ノズルの上端位置から、上記した範囲Ｒの最下端位置を超える下方位置までの稼動面を、連続的に形成してもよく、また上記した範囲Ｒ内の稼動面の一部を部分的に、他の部分とは不連続に、独立して形成してもよい。
【００１８】
ここで、上記したＤは、吐出孔部１４の高さ位置（例えば、吐出孔１５、１６の上端位置Ｔ２から、上端位置Ｔ２より上方へ１００ｍｍまでの範囲ｒ内）での溶鋼流路１３の内径を意味する。この吐出孔部１４は、浸漬ノズル１０の下端部に設けられ、吐出孔１５、１６の高さ方向中央位置は、例えば、浸漬ノズル１０の下端位置から、この下端位置より上方へ１５０ｍｍまでの範囲にある。
このように、ガス供給用耐火物の配置位置の規定に、吐出孔部１４での溶鋼流路１３の内径Ｄを用いたのは、ストッパー１２の当接部分を側断面視すると曲線となっており、その当接部分での溶鋼流路１３の内径の測定が困難だからである。なお、ストッパー１２の偏芯により、ストッパー１２の溶鋼流入口１１に対する当接位置が変化すると、ストッパー１２と浸漬ノズル１０の間を通って浸漬ノズル１０内の稼動面１７に衝突する溶鋼流の流入角度も変化する。
一方、吐出孔部１４での溶鋼流路１３の内径Ｄは、溶鋼の鋳造速度の決定に重要な部分であり、溶鋼流路１３の内幅は、溶鋼流入口１１から吐出孔部１４へかけて徐々に縮幅（テーパ状）し、内径Ｄと当接部分の内径とが１対１（例えば、比例関係）に対応している。
以上のことから、吐出孔部１４の高さ位置での溶鋼流路１３の内径Ｄを用いた。
【００１９】
前記したように、ガス供給用耐火物で形成する稼動面１７の位置を、範囲Ｒで規定したのは、溶鋼流の偏流により、ガス供給用耐火物に溶損が発生し易い部位だからである。以下、範囲Ｒの上下限値の規定理由について、流動解析を行った結果を参照しながら説明する。なお、流動解析には、米ＡＮＳＹＳ社製の「ＦＬＵＥＮＴ（登録商標）Ｖｅｒｓｉｏｎ６．３」を用いた（以下、同様）。
ガス供給用耐火物は、溶鋼の流速が大きく変化すると、溶損の危険性がある。そこで、図２（Ａ）に示すように、浸漬ノズルの上端位置からその下方へ２５０ｍｍまでの範囲内の各高さ位置におけるノズル内壁面の溶鋼流の最大流速をＶｍａｘとし、上端位置から下方へ２５０ｍｍの高さ位置における溶鋼流の最大流速をＶ２５０として、このＶｍａｘとＶ２５０との差（＝Ｖｍａｘ−Ｖ２５０）を求めた。なお、図２（Ａ）中では、Ｖｍａｘの溶鋼の流れは下向きとなっているが、溶鋼流は偏流してノズル内壁面に衝突するため、下向きとは限らない。
【００２０】
ここで、吐出孔部での溶鋼流路の内径Ｄを６０ｍｍ以上１１０ｍｍ以下の範囲内で変更し、浸漬ノズル上端からの距離Ｈを０を超え２４０ｍｍ未満の範囲内で変更して、この各距離Ｈでの溶鋼流速を前記したＶｍａｘとし、ＶｍａｘとＶ２５０との差を求めた結果を図２（Ｂ）に示す。なお、図２（Ｂ）では、浸漬ノズル内を流れる溶鋼量（即ち、スループット）を２トン／分とした条件下において、溶鋼流速の差を、ガス供給用耐火物に溶損の危険性がある０．３ｍ／秒以上（●）と、溶損の危険性がない０．３ｍ／秒未満（○）とに分けて図示している。
図２（Ｂ）から、ガス供給用耐火物に溶損の危険性があるのは、前記した範囲Ｒ内の稼動面においてであることが分かる。なお、距離Ｈが４０ｍｍ未満であれば、ガス供給用耐火物による不活性ガスの吹込み面積が減少し、不活性ガスによる介在物の浮上除去効果が低減する問題もある。
【００２１】
そこで、図１に示すように、ストッパー１２との当接位置よりも下方で、かつ範囲Ｒ内の稼動面の一部に、溶損防止用耐火物１８を配置した。
この溶損防止用耐火物は、稼動面に概ね平行に流れる溶鋼に対する耐溶損性を考慮して、炭素含有量が０又は０を超え３５質量％以下の材料（他の成分は、例えば、アルミナ等）で構成されている。なお、耐溶損性を備えれば、他の材料で構成してもよい。
また、溶損防止用耐火物は、リング状に形成されている。このため、下方へ向けて徐々に縮幅する溶鋼流路１３への取付けが容易である。なお、溶損防止用耐火物の取付けに際しては、接着剤等を用いてもよい。
このリング状に形成された溶損防止用耐火物の内幅は、上端位置から下端位置まで同じ内幅にしているが、上部内側を、機械加工する又は予め形成しないことで、上端位置から下方へ向けて狭くしてもよい（テーパ状）。これにより、ガス供給用耐火物の稼動面１７から溶損防止用耐火物への溶鋼流の流れをスムーズにできる。
【００２２】
溶損防止用耐火物は、その厚みを３ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲内とするのが好ましい。
以下、溶損防止用耐火物の厚みの上下限値の規定理由について、流動解析を行った結果を参照しながら説明する。
図３に、溶損防止用耐火物の厚みが、ノズル内壁面を流れる溶鋼流の最大流速に及ぼす影響を示した結果を示す。なお、図中の最大流速指数とは、各条件下で、ノズル上端より４０〜１５５ｍｍの範囲内の溶鋼流の最大流速を求め、これを、溶鋼流路の内径Ｄが７０ｍｍの溶損防止用耐火物を用いない浸漬ノズルを使用した際の上記した範囲内の溶鋼流の最大流速で除した値である（以下、同様）。この流動解析で使用した溶損防止用耐火物は、高さを４５ｍｍとし、その取付け位置を、溶損防止用耐火物の上端が浸漬ノズルの上端位置Ｔ１から下方へ５５ｍｍ（上記した範囲Ｒ内）の位置とした。また、流動解析は、スループットを２トン／分とし、溶鋼流路の内径Ｄが７０ｍｍ（◆）、９０ｍｍ（■）、１１０ｍｍ（▲）の各浸漬ノズルについて行った。
【００２３】
図３から明らかなように、いずれの内径Ｄの浸漬ノズルにおいても、溶損防止用耐火物の厚みを３ｍｍ以上とすることで、溶損防止用耐火物を用いない場合と比較して、最大流速指数を大幅に低減できることが分かった。
なお、この効果は、溶損防止用耐火物の厚みが７ｍｍ以上で略横ばいとなるが、１５ｍｍを超えると、溶鋼流路の内幅が狭くなり過ぎ、形成される段差によって溶鋼流の淀みが発生し、ノズル詰まりの発生原因となる。
以上のことから、溶損防止用耐火物の厚みを、３ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲内とするのが好ましいが、下限を５ｍｍ、更には７ｍｍとするのが好ましく、上限を１３ｍｍとするのが更に好ましい。
【００２４】
次に、溶鋼流路１３への溶損防止用耐火物１８の取付け位置について、流動解析を行った結果を参照しながら説明する。
図４（Ａ）に示すように、ここでは、１０ｍｍ以上６０ｍｍ以下の異なる高さのリング状の溶損防止用耐火物をそれぞれ、（ａ）浸漬ノズルの上端位置Ｔ１から下方へ４０ｍｍの位置に、溶損防止用耐火物の上端を配置した場合と、（ｂ）浸漬ノズルの上端位置Ｔ１から下方へ１５５ｍｍの位置に溶損防止用耐火物の下端を配置した場合について検討した。
この溶損防止用耐火物の高さが、ノズル内壁面を流れる溶鋼流の最大流速に及ぼす影響を示した結果を、図４（Ｂ）に示す。なお、この流動解析では、溶鋼流路の内径Ｄを７０ｍｍ、溶損防止用耐火物の厚みを７ｍｍとし、スループットを２トン／分とした。
【００２５】
図４（Ｂ）から、上記した条件（ａ）、（ｂ）のいずれについても、溶損防止用耐火物の高さが少なくとも１０ｍｍ以上あれば、溶鋼流の最大流速指数を低減でき、ガス供給用耐火物の溶損を抑制できることが分かった。なお、溶損防止用耐火物の高さが６０ｍｍを超える範囲については、高さ６０ｍｍと同程度で略横ばいであったため、図示していない。
ここで、溶損防止用耐火物は、その高さが１０ｍｍ未満であっても、使用時に破損しない程度の強度を備えていれば、使用することは可能である。
以上のことから、溶損防止用耐火物１８には、溶鋼流がガス供給用耐火物の稼動面を流れることを防止する効果と、溶鋼流を整流化する効果があるため、ガス供給用耐火物の稼動面に、溶損防止用耐火物１８が必ず配置される必要はない。このため、溶損防止用耐火物は、上記した範囲Ｒ内に配置されれば、ガス供給用耐火物の稼動面に配置されてもよく、また溶損防止用耐火物がガス供給用耐火物の稼動面の上方又は下方に配置されてもよい。
【００２６】
なお、図１の二点鎖線で示すように、範囲Ｒ内に配置されるガス供給用耐火物内には、不活性ガスをガス供給用耐火物へ供給するための空間部１９を、溶鋼流路１３を囲むように設けてもよい。
このとき、空間部１９は、ガス供給用耐火物の稼動面１７から水平方向にＸｍｍ、ここでは、５ｍｍ以上離れた位置に設けるのが好ましい。これは、空間部を、ガス供給用耐火物の稼動面から水平方向に５ｍｍ未満の位置に設けた場合、空間部より稼動面側にあるガス供給用耐火物が、空間部に吹込まれる不活性ガスの圧力（例えば、０．１〜０．５ＭＰａ程度）に耐えられず、ガス供給用耐火物が損傷する恐れがあることによる。
【００２７】
次に、本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用浸漬ノズル１０を使用した連続鋳造方法について説明する。
リング状の溶損防止用耐火物１８が取付けられた浸漬ノズル１０を、連続鋳造機に設置する。そして、溶鋼流入口１１に配置されたストッパー１２で、タンディッシュから流入する溶鋼の流量制御を行うと共に、ガス供給用耐火物を介して溶鋼中へ不活性ガスを吹込みながら、溶鋼流路１３を流れる溶鋼を吐出孔部１４の吐出孔１５、１６を介してモールドへ注湯する。
このように、溶鋼の流量制御をストッパー１２で行う場合、ストッパー１２の位置の偏りにより、溶鋼流入口１１へ流込む溶鋼流に偏流が発生する。しかし、溶損防止用耐火物１８により溶鋼流がガス供給用耐火物で形成された稼動面１７を流れることを防止でき、また溶損防止用耐火物１８による溶鋼流の整流化効果が得られるため、ガス供給用耐火物の局所的な溶損進行を抑制でき、不活性ガスの吹込みを、浸漬ノズル１０の周方向で均等かつ安定に行うことができる。
【実施例】
【００２８】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
ここでは、リング状の溶損防止用耐火物の溶鋼流路への取付け位置を種々変更した浸漬ノズルを使用し、実際に、溶鋼の連続鋳造を行って、溶損防止用耐火物が製品品質に及ぼす影響について検討した。
なお、ガス供給用耐火物は、浸漬ノズルの上端位置Ｔ１から、ストッパーとの当接位置Ｐよりも下方で、かつ浸漬ノズルの上端位置Ｔ１より下方への距離Ｈが１００ｍｍまで（範囲Ｒ内）の稼動面を形成している。この浸漬ノズルの吐出孔部の高さ位置での溶鋼流路の内径Ｄは７０ｍｍである。
また、実施例１〜３、比較例１〜４については、厚みを種々変更したリング状の溶損防止用耐火物（高さ：４０ｍｍ）を使用し、比較例５は、溶損防止用耐火物を使用しなかった。
この試験条件及び結果を、表１に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】
この表１に示す表面疵発生指数は、製造した製品品質を決定するものである。即ち、浸漬ノズルの周方向で、アルゴンガスの吹込みを均等かつ安定に行うことができれば、浸漬ノズルを流れる溶鋼中から介在物を浮上除去でき、表面疵発生指数が０となる。一方、浸漬ノズルの周方向で、アルゴンガスの吹込みが不均一になれば、浸漬ノズルを流れる溶鋼中から介在物を浮上除去できずに、表面疵発生指数が０を超えることになる。
なお、表面疵発生指数は、以下の方法で算出した。
実施例１〜３、比較例１〜５の条件で鋳造したスラブを熱間圧延して薄板ストリップとした後に、酸洗工程に通板した。次に、酸洗工程で酸洗処理後の薄板ストリップ表面を観察し、表面疵が確認された場合、この該当部位を不合格品として切り捨てた。
そして、酸洗工程の通板重量を分母とし、切り捨てた不合格品の重量を分子として、通板重量と不合格品の重量の比を求め、比較例５の比を１として、各実施例と各比較例の比を表面疵発生指数に比例換算した。
【００３１】
表１に示す実施例１〜３から、リング状の溶損防止用耐火物の配置位置を、前記した範囲Ｒ内（４０ｍｍ以上１５５（＝１．１×７０＋７８）ｍｍ以下）の範囲とすることで、いずれも表面疵発生指数が０となり、品質が良好な製品を製造できることを確認できた（判定：○）。
一方、比較例１〜４に示すように、リング状の溶損防止用耐火物の配置位置を、前記した範囲Ｒ外の範囲とすることで、製品品質が悪くなる結果が得られた（判定：×）。特に、リング状の溶損防止用耐火物の厚みを、最も好ましい範囲の下限値未満（３ｍｍ未満）とする（比較例４）ことで、表面疵発生指数が他の比較例１〜３よりも大きく、製品品質が更に悪化する結果が得られた。
以上のことから、本願発明の連続鋳造用浸漬ノズルを使用することで、ガス供給用耐火物の局所的な溶損進行を抑制でき、不活性ガスの吹込みを、周方向で均等かつ安定に行うことができることを確認できた。
【００３２】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の連続鋳造用浸漬ノズルを構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、上端部の溶鋼流入口全体がガス供給用耐火物で形成された浸漬ノズルについて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、溶鋼流入口の稼動面側のみをガス供給用耐火物で構成した場合についても、本願発明は適用できる。
更に、浸漬ノズルの形状についても、前記実施の形態の形状に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３３】
１０：連続鋳造用浸漬ノズル、１１：溶鋼流入口、１２：ストッパー、１３：溶鋼流路、１４：吐出孔部、１５、１６：吐出孔、１７：稼動面、１８：溶損防止用耐火物、１９：空間部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼流入口を不活性ガスの吹込みが可能なガス供給用耐火物で形成し、前記溶鋼流入口に配置されたストッパーで、タンディッシュから流入する溶鋼の流量制御を行うと共に、前記ガス供給用耐火物を介して溶鋼中へ前記不活性ガスを吹込みながら、溶鋼流路を流れる溶鋼を吐出孔部を介してモールドへ注湯する連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、
前記ストッパーとの当接位置よりも下方で、かつ前記吐出孔部の高さ位置での前記溶鋼流路の内径をＤとした場合に、前記溶鋼流入口の上端位置より下方への距離が４０ｍｍ以上、（１．１×Ｄ＋７８）ｍｍ以下である範囲Ｒ内の稼動面の少なくとも一部が、前記ガス供給用耐火物で形成され、
しかも前記ストッパーとの当接位置よりも下方で、かつ前記範囲Ｒ内の稼動面の一部に、溶損防止用耐火物を配置したことを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズル。
【請求項２】
請求項１記載の連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、前記溶損防止用耐火物は、厚みが３ｍｍ以上１５ｍｍ以下で、炭素含有量が０又は０を超え３５質量％以下であることを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズル。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載の連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、前記溶損防止用耐火物はリング状であることを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズル。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、前記不活性ガスを前記ガス供給用耐火物へ供給するための空間部を、前記範囲Ｒ内の前記ガス供給用耐火物内で、しかも該ガス供給用耐火物の稼動面から水平方向に５ｍｍ以上離れた位置に設けたことを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズル。
【請求項１】
溶鋼流入口を不活性ガスの吹込みが可能なガス供給用耐火物で形成し、前記溶鋼流入口に配置されたストッパーで、タンディッシュから流入する溶鋼の流量制御を行うと共に、前記ガス供給用耐火物を介して溶鋼中へ前記不活性ガスを吹込みながら、溶鋼流路を流れる溶鋼を吐出孔部を介してモールドへ注湯する連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、
前記ストッパーとの当接位置よりも下方で、かつ前記吐出孔部の高さ位置での前記溶鋼流路の内径をＤとした場合に、前記溶鋼流入口の上端位置より下方への距離が４０ｍｍ以上、（１．１×Ｄ＋７８）ｍｍ以下である範囲Ｒ内の稼動面の少なくとも一部が、前記ガス供給用耐火物で形成され、
しかも前記ストッパーとの当接位置よりも下方で、かつ前記範囲Ｒ内の稼動面の一部に、溶損防止用耐火物を配置したことを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズル。
【請求項２】
請求項１記載の連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、前記溶損防止用耐火物は、厚みが３ｍｍ以上１５ｍｍ以下で、炭素含有量が０又は０を超え３５質量％以下であることを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズル。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載の連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、前記溶損防止用耐火物はリング状であることを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズル。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、前記不活性ガスを前記ガス供給用耐火物へ供給するための空間部を、前記範囲Ｒ内の前記ガス供給用耐火物内で、しかも該ガス供給用耐火物の稼動面から水平方向に５ｍｍ以上離れた位置に設けたことを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−２０７８４４（Ｐ２０１０−２０７８４４Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５５５２５（Ｐ２００９−５５５２５）
【出願日】平成２１年３月９日（２００９．３．９）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【出願人】（０００１７０７１６）黒崎播磨株式会社 (314)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月９日（２００９．３．９）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【出願人】（０００１７０７１６）黒崎播磨株式会社 (314)
【Ｆターム（参考）】
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